Устройство для электронно-лучевой сварки

(51)5 В 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСА К АВТОР ПАТЕНТНОЕ ТЕ И ИЗОБР ДЕТЕЛЬСТВУ СКОМУ иг.4 - прим хема уча.Н вая пу питан ная ф рой и динамключе сующе электр ная за ва дляфиг,2фиг;3 -(56) Авторское свидетельство СССРМ 1358230, кл. В 23 К 15/00, 1986.(57) Изобретение относится к сварочномупроизводству, а именно к оборудованиюдля электронно-лучевой сварки, и предназначено для управления процессом электронно-лучевой сварки. Цель изобретения -повышение качества сварного шва путемповышения точности и обеспечения возможности задания любого распределенияэнергии, вводимой в сварочную ванну. Вустройство введены шесть цифроаналоговых преобразователей, два перемножающих цифроаналоговых преобразователя,регистр, два сумматора; блок ввода проИзобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для электронно-лучевой сварки; и предназначено для управления процессом электронно-лучевой сварки.Цель изобретения - повышение качества сварного шва путем повышения точности и обеспечения возможности задания любого распределения энергии, вводимой в сварочную ванну,На фиг,1 представлена схема устройстэлектронно-лучевой сварки; насхема блока ввода программ; например схемы командного блока; на 2грамм, командный блок, динамическая линза и согласующий усилитель. Устройство работает в двух режимах. В первом режиме - режиме программирования (настройки) с пульта управления оператором осуществляется занесение параметров режимасварки в регистры устройства и запоминающий блок через блок ввода программ, в котором происходит преобразование входной информации, и командный блок, Блоком индикации осуществляется отображение. основных параметров режима сварки. Во втором режиме - режиме сварки, в который устройство переходит по команде оператора с пульта управления, осуществляется управление электронным лучом, В устройстве обеспечивается высокая точность регули- ровки угла развертки и положения точки пересечения электронного луча с осью пушки за счет реализации точной формулы расчета, которая справедлива для широкого диапазона этих параметров, Кроме того, в устройстве реализуется любое распределение энергии, вводимой в сварочную ванну.1 з.п. ф-лы, 6 ил,ример схемы блока опроса: на фиг,5 р запоминающего блока; на фиг.6 - . войного отклонения электронного э фиг.1 изображены электронно-лучешка 1, электронный луч 2, источник 3 ия электронно-лучевой пушки, основокусирующаялинза 4, к входам котоодключен согласующий усилитель 5, ическая фокусирующая линза 6, поднная к выходу дополнительного соглаго усилителя 7, первая отклоняющая омагнитная система 8, расположенней вдоль электронно-оптической оси1796379 3пушки вторая электромагнитная система 9, свариваемое иэделие 10, первый.11 и второй 12 сумматоры, выходами подключенные соответственно к управляющему входу источника 3 и входу дополнительного согласу ющего усилителя 7.Первый 13, второй 14, третий 15, четвер-.тый 16 перемещающие цифроаналоговые преобразователи йодключены выходами.соответственно через первый 17 и второй 18 10 блоки усилителей к отклоняющим электромагнитным системам 8 и 9, Пятый 19 и шестой 20 перемножающие цифроаналоговые преобразователи выходами подключены соответственно к вторым входам сумматора 15 11 и 12. Первый цифроаналоговый преобразователь 21 выходом подключен к первому входу первого сумматора 11, второй цифроаналоговый преобразователь 22 выходом подключен к первому входу второго сумма тора 12 и входу усилителя 5, Четыре выхода запоминающего блока 23 соответственно через третий 24, четвертый 25, пятый 26, . шестой 27 цифроаналоговые преобразователи соединены с информационными входа , ми перемножающих цифроаналоговыхпреобразователей 15, 16, 19, 20. Информационные входы преобразователей 14, 16 и 13, 15 попарно соединенььВыходы регистра 28 соединены соот ветственно с цифровыми входами преобразователей 1316, 19,22 и блока опроса 29, ЦиФровые выходы блока опроса 29 и цифровые выходы счетчика 30 подключены соответственно к адресным входам 35 запоминающего блока 23, информационные входы которого соответственно под-., ключены к информационным входам регистра 28 и выходам данных командногоблока 31, адресные выходы которого под ключены к информационным входам счетчика 30 и блока опроса 29.Управляющие выходы командного блока 31 подключены к соответствующим управляющим входам регистра 28, первого 21 45и второго 22 цифроаналоговых преобразователей, перемножающих цифроаналоговых преобразователей 1316, 19, 20, счетчика 30, блока опроса 29 и запоминающего блока 23, Пульт управления 32 инфор мационными и управляющими выходами подключен к блоку 33 ввода программ, четыре информационных выхода которого подключены к блоку 34 индикации, а управляющие выходы, выходы данных и ад- .55 реса блока 33 подключены к соответствующим входам командного блока 31.Блок ввода программ 33 (фиг.2) содер жит дешифратор 35, шифратор 36, распре делитель импульсов 37, элемент ИЛИ 38,регистр 39 данных, регистр 40 адреса, восемь регистров 41,48 параметров, шесть функциональных преобразователей 4954, буферный элемент 55 и три одновибратора 56,58, При этом выходы регистра 39 соединены соответственно с входами регистров параметров. В ыходы регистров 44.;.48 соответственно через преобразователи 49.53 подключены к выходам данных блока. Выходы регистра 43 подключены к выходам данных блока через буферный элемент 55. Выходы регистра 41, 42 подключены соответственно к первым и вторым входам преобразователя 54, выходами соединенного с выходами данных блока, Выходы регистров 41,44 являются информационными выходами блока. Выходы дешифратора 35 подключены соответственно к управляющим входам регистров 4148, преобразователей 4954 и буферного элемента 55. Выходы шифратора 36 подключены к входам реистра 39 данных и адреса 40. У регистра 40 выходы являются адресными выходами блока, входы дешифратора 35, а также соответственно соединенные входы шифратора 36 и элемента ИЛИ. 38 являются информационными входами блока. Выход элемента ИЛИ 38 подключен к распределителю импульсов 37, выходами соединенного с соответствующими управляющими входами регистров 39 и 40, Управляющий вход распределения импульсов и входы одновибраторов 56,58 являются управляющими входами блока, а выходы одновибраторов 5658 управляющими выходами блока,Командный блок 31 (фиг.З) содержит дешифраторы 59, 60, буферный элемент 61,. тиггер 62, элемент И 63 и элементы ИЛИ 64, При этом входы данных блока через буферный элемент 61 подключены к выходам данных блока. Адресные входы блока подключены к информационным входам дешифраторов 59, 60, Управляющие входы блока подключены соответственно к первому входу обнуления триггера 62, к управляющему входу дешифратора 59, к управляющему входу дешифратора 60 и первому входу элемента И 63, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера 62, а выход - с разрешающим выходом блока. Первый и второй выходы дешифратора 59 подключены соответственно к входу установки и второму входу обнуления триггера 62, остальные выходы дешифратора 59 и выходы элементов ИЛИ 64,являются управляющими выходами блока, Выходы дешифратора 60 подключены соответственно к первым входам элементов ИЛИ 64, к вторым входам которых подклю510 15 20 30 35варительно записывается соответственно в накопителе 69 и 70. Коды мгновенных зна 40 50 чен выход триггера 62, этот выход такжеявляется управляющим выходом блока.Блок опроса 29 (фиг,4) содержит регистр65, выходы которого являются адреснымивыходами блока, генератор 66 тактовьх импульсов, выходом соединенный со счетнымвходом вычитающего счетчика 67, информационные входы которого соединены с выходами регистра 68, а выход счетчика 67подключен к его входу записи и являетсяуправляющим выходом блока, цифровыевходы регистра 68 являются цифровымивходами блока. Входы записи регистров 65,68 являются управляющими входами блока,цифровые входы регистра 65 - адреснымивходами блока,Запоминающий блок 23 (фиг,5) содержит четыре оперативных накопителя 6972,выходы которых являются выходами блока,их информационные входы соответственносоединены и являются информационнымивходами блока, их адресные входы соответственно соединены и являются адреснымивходами блока, их входы режимов соединены Между собой и подключены к шине входа 2режима блока, Управляющие входы накопителей 69.72 являются управляющими входами блока,Цифроаналоговые перемножающиепреобразователи 1.3.16, 19, 20 и цифроаналоговые преобразователи 20, 21 могут бытьвыполнены на БИС К 572 ПА 2, включающиев свой состав регистры хранения двенадцатиразрядного кода. Цифроаналоговые преобразователи 2427 могут быть выполненына БИС К 594 ПА 1, накопители 69.72 - наБИС КР 537 РУ 10, представляющих собойОЗУ статического типа, Функциональныепреобразователи 4954 могут быть выполнены на БИС К 573 РФ 4; представляющихсобой РПЗУ. В ячейки этих БИС заносятся взакодированном виде соответствующиефункциональные зависимости, Буферныеэлементы 55 и 61 могут быть выполнены наБИС КР 580 ВА 86, представляющих собой 4три стабильные восьмирэзрядные шинныеформирователи.Работа устройства происходит следуюцим образом,Электронный луч 2, который создаетсяэлектронной сварочной пушкой 1, проходитк свэриваемому изделию 10 и фокусируетсявначале основной фокусирующей линзой 4,затем - динамической фокусирующей линзой 6, После этого электронный луч 2 отклоняется вначале первой отклоняющейэлектромагнитной системой 8, а затем онотклоняется в противоположную сторонувторой отклоняющейЭлектромагнитной системой 9. За счет подачи на отклоняющие системы 8 и 9 изменяющихся во времени сигналов от блоков усилителей 17 и 18 осуществляется развертка луча по заданной траектории.Форма траектории развертки луча в закодированном виде предварительно записывается в накопители 71 и 72 соответственно по двум координатам. Коды мгновенных значений сигналов развертки во время сварки последовательно считываются из ячеек накопителей 71 и 72, преобразуются ЦАПами 25 и 24 в аналоговые сигналы и через перемножающие цифроаналоговые преобразователи 13.16 и блоки усилителей 17, 18 подаются на входы отклоняющих систем 8 и 9.Перемножающие цифроаналоговые преобразователи 1316 выполняют .функции упрарляемых делителей сигналов, с их помощью задаются требуемые амплитуды сигналов разверток электронного луча 2,Кроме этого, синхронно с разверткой электронного луча 2 осуществляется динамическое изменение величины его тока за счет, подачи на управляющий вход источника питания 3 модулирующего сигнала с выхода сумматора 11, Также синхронно с разверткой электронного луча 2 осуществляется его динамическая фокусировка посредством подачи модулирующего сигнала на линзу 6 с выхода сумматора 12 через усилитель 7, Переменная составляющая модулирующих сигналов тока электронного луча 2 и его фокусировки в закодированном виде предчений указанных сигналов во время сварки последовательно считываются синхронно с кодами сигналов развертки электронного луча 2 из ячеек накопителей 69 и 70, преобразуются ЦАПами 26, 27 в аналоговые сигналы и через перемножающие цифроаналоговые преобразователи 19 и 20 подаются на вторые входы сумматоров 11 и 12, на первые входы которых поступают постоянные составляющие модулирующих сигналов соответственно с выходов цифроаналоговых преобразователей 21 и 22, При помощи перемножающих цифроаналоговых преобразователей 19, 20 осуществляется изменение амплитуд переменных составляющих модулируемых сигналов.Так как в устройстве применяется двойное отклонение луча, оператору удобно задавать следующие параметры электронного луча 2: Р =СГО = (.ЮЕ -СВО и В = СГ (фиг,б). Из треугольников ВСО и РСО нетрудно получить следующие зависимости;а 1 = эгсс 9( - тцфВ. где= ВС = сопят; а 1 =- СВО; сФ = ЕОЕ,Причем а 1 = К 1 01, аг = К 202,где К 1, К 2 - коэффициенты пропорциональности, 01, О 2 - соответственно управляющие напряжения на входах блоковусилителей 17 и 18. Устройство работает вдвух режимах: программирования (настройки) и сварки.В режиме программирования оператором с пульта управления 32, содержащего,например, матрицы кнопок и клавиши, черезшифратор 36 и элемент ИЛИ 38 производится занесение в закодированном виде информации в регистр 39 данных,В регистр адреса 40 заносится код адреса ячейки запоминающего блока 23 припрограммировании этого блока или код номеров регистров, которые входят в составблоков устройства, С помощью распределителя 37 импульсов сигналами с его выходовосуществляется поочередная запись четырехразрядных(шестнадцатиричных) кодов свыхода шифратора. 36 по импульсу с выходаэлемента ИЛИ 38 (вначале импульса свидетельствует о поступлении очередной информации с пульта 32) в регистры 39, 40, Посигналам с соответствующих выходов дешифратора 35 осуществляется запись значения выбранного параметра из регистра 39в соответствующие регистры параметров.4148, Управляющий код на входы дешифратора 35 поступает, например, с матрицыуправляющих кнопок,Для формирования дискретных значений разверток электронного луча 2 по двумкоординатам используются регистры соответственйо 48 и 47 и функциональные пре-,образователи 49, 50. Для формированиядискретных значений переменных составляющих модулируемых сигналов тока электронного луча 2 и его фокусировкииспользуются соответственно регистры 45,46 и функциональные преобразователи 51,52. При этом в регистры 4548 оператором 4в закодированном виде заносятся значенияаргументов, а на выходах преобразователей .4952 формируется значение соответствующих функций. Эти значения функций в1дальнейшем заносятся последовательно через буферный элемент 61 в накопители6972 запоминающего блока 23 под адресам, установленным в регистре 40.В регистр 44 оператором заносится кодчастоты дискретизации функций, значениякоторых записываются в запоминающийблок 23. На выходе функционального преобразователя 53 формируется код периода дискретизации, который затем переписывается в регистр 68 для обеспечения выдачи в режиме сварки дискретных значений функций, хранимых в запоминающем блоке 23, с заданной скоростью. В регистр 43 записывается код адресной зоны запоминающего блока 23, с помощью которого можно выбирать комплект заданныхфункций разверток электронного луча 2 и функций изменения его тока и фокусировки.В регистры 41 и 42 записываются соответственно значения параметров двойного от-. клонения луча В и Р, На соответствующих выходах функционального преобразователя 54 формируются значения величин а 1 и а 2,На управляющий вход распределителя импульсов 37 подается с клавиши пульта 32 сигнал, с помощью которого осуществляется выбор записываемого регистра (39 и 40), Управляющими сигналами с соответствующих выходов дешифратора 35 осуществляется подключение ВЫХОДОВ соответствующего фун кционал ьно го и реобразователя 4954 или буферного элемента 55 к выходам данных блока 33 для последующей записи информации в соответствующий регистр или ячейку памяти устройства. Блоком индикации 34 осуществляется отображение четырех основных параметров режима сварки; В, Р, частота и тип разверток,Одновибраторы 56,. 58 формируют сигналы управления при нажатии кнопок пульта 32, выходами связанных с этими одновибраторами, На выходе одновибратора 56 формируется сигнал "Сброс" для обнуления триггера 62 устройства,На выходе одновибратора 57 формируется сигнал записи информации в региСтры, а на выходе одновибратора 58 - сигнал записи информации в ячейку запоминающегоблока 23, В режиме программированиятриггер 62 находится всостоянии "Сброс". Сигналом низкого уровня с его выхода счетчик ЗС включен в режим "прозрачности", т.е. на выходах счетчика 30 повторяется код,установленный на его информационныхвходах, Информация, записываемая в реги-.стры преобразователей 1316, 1922, имеет разрядность до двух байт, поэтому информация, поступающая с выхода блокаавода программ 33 через буферный элемент 61, записывается в два такта в регистр 28 по соответствующим выходным сигналам дешифратора 59, а затем по сигналам записи с выхода дешифратора 59 информация переписывается в соответствующий регистр преобразователей 13.16, 1922 или регистр 68, В режиме программирования сигналами с выхода дешифратора 60 через элементы ИЛИ 64 осуществляется выбор накапителей 6972 для их программирования, Через элемент И 63 на вход режимазапоминающего блока 23 с выхода одновибратора 58 подаются сигналы записи запоминающего блока 23, на управляющий входдешифратора 59 - сигнал записи регистровустройства с выхода одновибратора 57,После того когда устройство запрограммировано, оператор переводит его в режимсварки, При этом на первом выходе дешифратора 59 формируется импульс, которыйвзводит триггер 62. Схема И 63 блокируется.На выходах элементов ИЛИ 64 устанавливаются сигналы высокого уровня, и накопители запоминающего блока 23 переходят врежим чтения, счетчик 30 деблокируется, наего счетный вход поступают импульсы с выхода блока опроса 29.Содержимое ячеек накопителей 6972последовательно считываются, далее с помощью преобразователей 2425, 13.16,блоков усилителей 17, 18 осуществляетсяформирование сигналов развертки электронного луча 2, а преобразователями 26, 27,19.22, сумматорами 11, 12, усилителями 5,7 - формирование модулируемых сигналовтока электронного луча и его фокусировки.Период дискретизации формируемых сигналов определяется кодом,записанным врегистр 68, который циклически переписывается в счетчик 67, Конец режима сварки ипереход устройства в режим программирования осуществляется оператором при подаче кода с пульта 32, при котором навтором выходе дешифратора 59 появляетсяимпульс, обнуляющий триггер 62,В предлагаемом устройстве повышается точность регулировки угла отклоненияпри развертке и положения точки пересечения электронного луча с осью пушки за счетреализации точной формулы расчета, которая справедлива для широкого диапазонаэтих параметров. Кроме того, устройство позволяет реализовать любое пространственное распределение энергии, вводимой всварочную ванну, так как обеспечиваетсялюбое заданное изменение тока электоонного луча и его фокусировки синхронно с егоразверткой, Все это в итоге приводит к повышению качества сварного шва.Технико-экономическая эффективностьпрвдлагаемого устройства заключается в. снижении брака при сварке, в расширенииноменклатуры свариваемых материалов иизделий и в повышении производительности труда.Формула изобретения1, Устройство для электронно-лучевойсварки, содержащее электронную сварочную пушку с источником питания, снабженную основной фокусирующей линзой, к входам которой подключен согласующий усилитель, двумя отклоняющими электромагнитными системами, к которым 5 соответственно через два блока усилителейподключены четыре перемножающих цифроаналоговых преобразователя, запоминающий блок, к адресным входам которого подключен счетчик и соединенный с ним 10 блок опроса, пульт управления, блок индикации и блок ввода программ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного шва путем пощишения точности и обеспечения возможности зада ния любого распределения энергии, вводимой в сварочную ванну, оно содержит шесть цифроаналоговых преобразователей, пятый и шестой перемножающие цифроаналоговые преобразователи, регистр, два суммато ра, блок ввода программ, командный блок идинамическую фокусирующую линзу, подключенную к выходу дополнительного согласующего усилителя, причем первые входы сумматоров соответственно соедине ны с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, вторые их входы - с выходами пятого и шестого перемножающих цифроаналоговых преобразователей, кроме того, первый вход второго 30 сумматора подключен к входу согласующегоусилителя, выходы сумматоров - соответственно к управляющему входу источника питания электронной сварочной пушки и входу дополнительного согласующего усилителя, 35 четыре выхода запоминающего блока черезцифроаналоговые преобразователи с третьего по шестой подключены к информационным входам перемножающих цифроаналоговых преобразователей с 40 третьего по шестой, информационные входы первого и третьего, второго и четвертогоперемножающих цифроаналоговых преобразователей попарно соединены, цифровые входы перемножающих цифроаналоговых 45 преобразователей, первого, второго цифроаналоговых преобразователей и блока опроса подключены соответственно к выходам регистра, информационные входы регистра и запоминающего блока подключены соот ветственно к выходам данных командногоблока, адресные выходы которого подключены к информационным входам счетчика и блока опроса, а управляющие выходы - к соответствующим управляющим входам ре гистра, первого и второго цифроаналоговыхпреобразователей, перемножающих цифроаналоговых преобразователей, запоминающего блока, счетчика и блока опроса, пульт управления информационными и управляющими выходами подключен к блоку вводапрограмм, четыре информационных выхода которого подключены к блоку индикации, а управляющие выходы данных и адреса блока ввода программ - , к соответствующим входам командного блока, разрешающий 5 выход которого подключен к входу режима запоминающего блока.2; Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок ввода программ содержит дешифратор, шифратор, распределитель 10 импульсов, элемент ИЛИ, регистр данных, регистр адреса, восемь регистров параметров, шесть функциональных преобразователей, буферный элемент и три одновибратора, причем выходы регистра 15 данных подключены соответственно к входам регистров параметров, выходы с первого по пятый регистров параметров через функциональные преобразователи - к выходам данных, выходы шестого регистра пара метров подключены через буферный элемент к выходам данных, выходы седьмого и восьмого регистров параметров подключены соответственно к первым и вторым25 входам шестого функционального преобразователя, выходами соединенного с выходом данных, выходы с пятого по восьмой регистров параметров являются информационными, выходы дешифратора подключены соответственно к управляющим входам регистров параметров, буферного элемента и функциональных преобразователей, выходы шифратора - к входам регистра данных и адреса, у которого выходы являются выходами адреса блока, входы дешифратора, а также соответственно соединенные входы шифратора и элемента ИЛИ являются информационными входами блока, выход элемента ИЛИ подключен к входу распределителя импульсов, выходами соединенного с соответствующими управляющими входами регистров данных и адреса, управляющий вход распределителя импульсов является первым управляющим входом блока, управляющие входы блока с второго по четвертый через одновибраторы подключены соответственно к управляющим выходам блока с первой по третий.. Коза аказ 61 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101